JPH02110340A - ロール転動疲労・摩耗試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、鉄鋼や非鉄金属等の圧延に用いられるロー
ルの疲労及び摩耗を試験する装置に関するものである。

（従来の技術） 最近の冷間等の圧延においては、圧延能率の向上や難圧
延材の増加等から高速高圧下圧延や連続圧延が指向され
ており、従ってロールが使用される環境はますます厳し
くなり、特に、ロールの摩耗が著しく圧延操業上のネッ
クとなっている。また、圧延中の事故等によるスポーリ
ングの発生も増加する傾向にあり、優れた耐摩耗性及び
耐事故性を有するロールが要求されるようになっている
。

尚、ワークロールの耐摩耗性に関しては、初期粗度維持
性が重要であり、長時間ロール替えをせずして圧延が可
能で、さらに、製品の表面品質を劣化させずに狭幅の板
から広幅の板へ圧延が移行可能であること等が評価され
る。またワークロ−ルの耐事故性に関しては、圧延中の
板破断や板のロールへの巻込み等に代表される圧延事故
によりロールが受ける熱衝撃的なダメージを起因とした
スポーリングや、定常圧延中のロールの、介在物やミク
ロポロシティその他の欠陥部や圧延中の異物の噛込みに
より発生した表面傷を起点とした転動疲労によるスポー
リングの発生が少ないことが評価される。

ところで、冷間圧延機は現在、圧延材の上下にワークロ
ールとバックアップロールを配した四重式や、ワークロ
ールとバックアップロールとの間に中間ロールを加えた
Ａｍ式が主流であり、これらの圧延機におけるワークロ
ールにあっては、バックアップロールや中間ロールとの
接触と、圧延材との接触が同時に行われている。そして
、前者の接触では主に転動による摩耗および疲労が、ま
た後者の接触では圧延材によるすべり摩耗が生じている
。

従って、ロールの材料開発を行うに際しては、ロールの
耐摩耗性と転動疲労特性とを把握することは重要な要因
であり、これがため、摩耗試験や転動疲労試験を実施す
ることによりロール材質の評価が行われている。

かかる冷間圧延用ロールの摩耗試験機は従来、鉄鋼基礎
共同研究会の鉄鋼材料の摩耗部会が１９８３年２月に発
行した「鉄鋼材料の摩耗」に記されているように、西原
式摩耗試験機を代表とした、二個の円筒状試片を転動さ
せる方式のものがほとんどであり、前記西原式摩耗試験
機は、一方の試片をワークロールに相当する材質とする
とともに他方の試片を圧延材に相当する材質や中間およ
びバックアップロール材に相当する材質とし、所定の荷
重、回転数およびロール試片間のすべりを設定して試験
を行う。

また、他の試験装置としては、実際の圧延に近いコイル
圧延方式を実施してロール摩耗を評価するものもある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら上記前者の摩耗試験機にあっては、二個の
試片リングを用いる方式であるがため、実機のワークロ
ールで発生する、前述した中間ロールやバックアップロ
ールとの転動摩耗、転動疲労と、圧延材との間で発生す
るすべり摩耗とを同時に再現できず、また荷重付加方法
が、圧縮コイルばねによって荷重を与えるものであるた
め、荷重の大きさのばらつきが大きく、しかも試験中試
片の摩擦による発熱で荷重が変化してしまい、さらには
、すべりの設定を掛変え歯車で行うため、すべりの設定
を変更する度毎に歯車を交換する必要があり、しかも細
かいすべり設定を行うためには歯数の異なる多くの歯車
を準備する必要があった。

また後者の摩耗試験機にあっては、試片が大型化し、し
かもコイル材の準備も必要であるため、多大の労力や時
間、費用が必要となり簡便に試験を行い得なかった。

この発明は上述した課題を有利に解決した試験装置を提
供するものである。

（課題を解決するための手段） この発明のロール転動疲労・摩耗試験装置は、ハウジン
グに位置決め状態で枢支された円筒状の中間ロール試片
と、 中間ロール試片の両側にてその中間ロール試片に接する
ように配設された円筒状の二個の端部ロール試片と、 端部ロール試片に中間ロール試片と対抗する側から接す
るように、各端部ロール試片につき二個づつ配設された
バックアップロールと、中間ロール試片および二個の端
部ロール試片を駆動し、かつそれらのロール試片の駆動
速度を別個に調節し得るロール試片駆動手段と、バック
アップロールを介し二個の端部ロール試片に中間ロール
試片へ向けて液圧により荷重を付加し、かつその荷重を
端部ロール試片毎に調節し得る荷重付加手段と を具えてなる。

（作　用） かかる装置にあっては、中間ロール試片および二個の端
部ロール試片はロール試片駆動装置によりそれぞれ駆動
されて互いに接触しつつ転動し、その駆動速度差により
すべり接触する。また二個の端部ロール試片はバックア
ップロールを介し液圧作動の荷重付加手段により中間ロ
ール試片へ向けて荷重を付加され、ここにおける中間ロ
ール試片はハウジングに位置決め状態で枢支されている
ので、両端部ロール試片は別個の荷重で中間ロールに押
圧される。

従ってこの装置によれば、例えば中間ロール試片の材質
をワークロール相当材質とし、二個の端部ロール試片の
一方の材質を中間ロール相当材質とするとともに他方の
材質を圧延材相当材質とする如く、各ロール試片の材質
を適宜に選択することにて、実機のワークロールに生ず
る転動摩耗・疲労およびすべり摩耗や中間ロールに生ず
る転動摩耗、疲労を同時にかつ容易に再現することがで
きる。

しかもこの装置は二個づつのバックアップロールを用い
て各端部ロール試片に液圧により荷重を付加するので、
端部ロール試片の荷重方向に対する位置ずれやロール試
片の発熱により荷重の大きさかばらつ（こともない。

（実施例） 以下に、この発明の実施例を図面に基づき詳細に説明す
る。

第１図（ａ）はこの発明のロール転動疲労・摩耗試験装
置の一実施例の要部を示す正面図、同図（ｂ）はその装
置の側面図であり、図中１は中間ロール試片、２および
３は端部ロール試片としての上および下ロール試片、４
および５は上および下バツクアツプロールをそれぞれ示
す。

ここにおける中間ロール試片１および上下ロール試片２
，３は各々小径で、概略円筒状をなすとともに、その軸
線方向中央部の周囲に環状の突条を有しており、それら
突条の外周面は観察面１ａ＋２ａおよび３ａとされてい
る。これらロール試片１゜２および３はこの実施例では
互いに同一直径のものとするが、所要に応じて異なる径
のものを用いても良い。

かかる小径円筒状ロール試片１３２および３を用いてい
るので、この例の装置によれば簡便にロール転動試験を
行うことができる。

また、これらロール試片１，２および３はそれぞれ図示
しないハウジング内に、中間ロール試片１の上方および
下方に上下ロール試片２，３が位置し、かつそれらロー
ル試片１，２および３の中心軸線が各々水平方向へ延在
するとともに互いに垂直方向へ平行に整列するように配
置されている。

そして、中間ロール試片１は前記ハウジングに対し中心
軸線が固定された状態でそのハウジングに枢支される一
方、上下ロール試片２，３はそのハウジングに対し中心
軸線が上下方向移動可能に、そのハウジングに枢支され
、これによって中間ロール試片ｌはハウジングに対し位
置決め状態とされる一方、上下ロール試片２，３は、そ
れらの観察面２ａ、３ａが中間ロール試片１の観察面１
ａに対し上方および下方から当接することができる。

この一方、ここにおける上下バックアップロール４，５
は各々、概略円柱状をなすとともに、その軸線方向中央
部の周囲にロール試片１，２．３の観察面１ａ、２ａ、
３ａの損傷を避けるべく環状溝４ａ。

５ａを有している。

また、これら上下バックアップロール４，５はそれぞれ
前記ハウジング内に、上バツクアップロール４が上ロー
ル試片２の上方に位置する一方下バツクアップロール５
が下ロール試片３の下方に位置し、かつそれらバックア
ップロール４．５の中心軸線がロール試片１，２および
３の中心軸線と平行になるように配置されている。

そして、二個の上バツクアップロール４は、前記ハウジ
ングに上下方向移動可能に設けられた図示しない上ブラ
ケットに、それらのロールの中心軸線が、上ロール試片
２の中心軸線に対し各々等距離となり、かつ互いに同一
水平面内に位置するように枢支される一方、二個の下バ
ツクアツプロール５は、前記ハウジングに上下方向移動
可能に設けられた図示しない下ブラケットに、それらの
ロールの中心軸線が、下ロール試片３の中心軸線に対し
各々等距離となり、かつ互いに同一水平面内に位置する
よう枢支され、さらに前記上ブラケットおよび下ブラケ
ットは荷重付加手段としての、各々別個の油圧シリンダ
のピストンロンドに連結され、これによって上バツクア
ップロール４は、前記一方の油圧シリンダの作動に基づ
き第１図（ａ）中矢印Ａで示す如く下向きの押圧力を与
えられ、上ロール試片２の観察面２ａ以外の外周面に当
接して上ロール試片２に中間ロール試片１へ向けて荷重
を付加することができる一方、下バツクアツプロール５
は、前記他方の油圧シリンダの作動に基づき第１図（ａ
）中矢印Ｂで示す如く上向きの押圧力を与えられ、下ロ
ール試片３の観察面３ａ以外の外周面に当接して下ロー
ル試片３に中間ロール試片１へ向けて荷重を付加するこ
とができる。

尚、上下バックアップロール４，５は各々二個づつ設け
られているので、上下ロール試片２，３はそれらバック
アップロール４，５から押圧力を与えられても横ずれす
ることがなく、従って、上下ロール試片２，３の横ずれ
に起因して荷重の大きさが不安定になることがない。

また、上下ロール試片２，３は上下バックアップロール
４，５を介し二本の油圧シリンダにより独立して押圧力
を与えられ、中間ロール試片１は位置決めされているの
で、上下ロール試片２，３は中間ロール試片１に互いに
異なる荷重を与えることができ、しかも油圧を用いてい
ることから試験中の発熱により荷重の大きさが変化する
こともない。

第２図は上記ロール試片１．２および３を駆動する、ロ
ール試片駆動手段としての駆動機構を示しており、図中
６は中間ロール試片１を着脱可能に取付けられた支持軸
、７は上ロール試片２を着脱可能に取付けられた支持軸
、８は下ロール試片３を着脱可能に取付けられた支持軸
を示す。

ここにおける支持軸６、ひいては中間ロール試片１は、
ユニバーサルジヨイント９を介してモーター１０により
第１図（ａ）中矢印Ｃで示す如き方向へ回転駆動され、
また、支持軸７、ひいては下ロール試片３は、ユニバー
サルジヨイント１１を介し無段変速機１２により第１図
（ａ）中矢印りで示す如き方向へ回転駆動され、さらに
、支持軸８、ひいては上ロール試片２は、ユニバーサル
ジヨイント１３を介しモーター１４により第１図（ａ）
中矢印Ｅで示す如き方向へ回転駆動される。そして、無
段変速ａ１２は伝動ベルト１５を介しモーター１４によ
り回転駆動される。尚、モーター１０および１４は好ま
しくはＤＣモーターとする。

かかる構成により上記駆動機構は、モーター１０１４に
より中間ロール試片１および下ロール試片３を独立して
駆動するので、モーター１０．１４への供給電力を調整
することにて、ロール試片１，３の回転速度を互いに異
ならせてそれらの間にすべりを生じさせることができ、
またモーター１４により無段変速ｍ１２を介し上ロール
試片２を駆動するので、無段変速機１２の抵抗を電気的
に与えることで、ロール試片１，２の回転速度を互いに
異ならせてそれらの間にすべりを生じさせるｑとができ
、これらの作用により上記駆動機構は、上下ロール試片
２，３に各々異なったすべり率でのすべりを与えること
ができる。

上記実施例の装置によれば、例えば中間ロール試片工の
材質をワークロール相当材質とし、上ロール試片の材質
を中間ロール相当材質とするとともに下ロール試片３の
材質を圧延材相当材質とする如く、各ロール試片の材質
を適宜に選択することにて、実機のワークロールに生ず
る転動摩耗・疲労およびすべり摩耗や中間ロールに生ず
る転動摩耗・疲労を同時に再現することができる。

以下に、上記実施例の装置により冷間圧延用ワークロー
ル材の転動疲労試験を行った結果を述べる。但し、上ロ
ール試片２は１ｌｖ６５０に調整した実機５％Ｃｒロー
ル相当材質、中間ロール試片ｌは１ｌｖ８００に調整し
たＪＩＳ　　−５ＫＤＩＩ　ワークロール相当材質、下
ロール試片３は！１ｖ２００に調整した５４５Ｃ圧延材
相当材質のものとし、試験は、上ロール試片２および中
間ロール試片１間のヘルツ最大接触応力が３５０　ｋｇ
ｆ／ｍｍ”　、中間ロール試片Ｉおよび下ロール試片３
間のヘルツ最大接触応力が１５０　ｋｇｆ／ｍｍ”上ロ
ール試片２および中間ロール試片１の回転数が１５０Ｏ
ｒｐｍ　、下ロール試片３の回転数が１２０Ｏｒｐｍ（
真速率２０％）の条件下で、ロール試片１，２および３
間に３χ鉱油エマルジヨン潤滑を施しながら行った。そ
して、試験中は３４５Ｃ圧延材相当の下口−ル試片３を
５００００回転毎に交換した。

この試験中、２Ｘ１０５回転後に異常振動が検知され、
試験装置を停止してロール試片１，２および３を調査し
た結果中間ロール試片１の疲労破壊が振動をもたらした
ものと判明した。このワークロール相当材質の中間ロー
ル試片１の破壊形態は、第３図（ａ）および（ｂ）に示
す如く、表面直下を起点とした転動疲労に起因するもの
であり、実機の圧延用ワークロール材の転動疲労による
スポーリングと極めて良く近似している。

尚、ロール試片１，２および３間の潤滑は、第１図（ａ
）中矢印Ｆで示す如く、ロール試片１，２問およびロー
ル試片２，３間で別々に施す方が好ましい。

以上図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に
限定されるものでなく、例えば三個のロール試片を水平
方向へ並べて配置しても良く、駆動手段を、三個のモー
ターを用いて構成することもできる。

（発明の効果） かくしてこの発明の装置によれば、各ロール試片の材質
を適宜に選択することにて、実機のワークロールに生ず
る転動摩耗・疲労およびすべり摩耗や中間ロールに生ず
る転動摩耗・疲労を同時にかつ容易に再現することがで
きる。

しかもこの装置によれば二個づつのバックアップロール
を用いて各端部ロール試片に液圧により荷重を付加する
ので、端部ロール試片の荷重方向に対する位置ずれやロ
ール試片の発熱に起因する荷重の大きさのばらつきの発
生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および（ｂ）はこの発明のロール転動疲労
・摩耗試験装置の一実施例の要部を示す正面図および側
面図、 第２図は上記実施例の装置における駆動ａｖＩを示す構
成図、 第３図（ａ）およびΦ）は上記実施例の装置によってロ
ール転動試験を行った結果のロール試片の疲労破壊状態
を示す説明図である。 １・・・中間ロール試片　　２・・・上ロール試片３・
・・下ロール試片 ４・・・上バツクアップロール ５・・・下バツクアツプロール １０、１４・・・モーター　　　１２・・・無段変速機
１５・・・伝動ベルト

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ハウジングに位置決め状態で枢支された円筒状の中
   間ロール試片と、 中間ロール試片の両側にてその中間ロール 試片に接するように配設された円筒状の二個の端部ロー
   ル試片と、 端部ロール試片に中間ロール試片と対抗す る側から接するように、各端部ロール試片につき二個づ
   つ配設されたバックアップロールと、 中間ロール試片および二個の端部ロール試 片を駆動し、かつそれらのロール試片の駆動速度を別個
   に調節し得るロール試片駆動手段と、 バックアップロールを介し二個の端部ロー ル試片に中間ロール試片へ向けて液圧により荷重を付加
   し、かつその荷重を端部ロール試片毎に調節し得る荷重
   付加手段と を具えてなるロール転動疲労・摩耗試験装置。